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RFID电子标签技术和应用原理
文章来源：Admin5 发布时间：2016-12-07 访问量：人
电子标签也就是所谓的RFID标签，我们也称之它为射频卷标、射频标签、应答器和射频卡，电子标签已经在世界各个国家的商品领域中得到了广泛的使用。电子标签和条形码是有着不同的本质，具有自动识别和不用接触的特征，因此，它的识别工作就不需要进行人工干预的，可以够应用在各种各样的环境之中，这种技术还可以同时识别多个标签，这个是条形码所无法比拟的。将电子标签技术应用在现代物流企业中能够有效提高企业的管理水平，从而实现了货物的信息化的进出，缩短物流时间，提高了所有工作人员的工作效率。RFID同时也是一种数据的通信技术，它具备了通信系统的基本构件比如发送、接收、信道、传输信息等功能，所以不同的是它传输的信息是人为的、同定的。凭借着它存储容量大、识别目标多、读取距离远、数据可以加密等优点和发展潜力，RFID也被誉为当今重要的技术之一。RFID系统应用和发展的关键是在于电子标签，今天重点介绍电子标签的关键技术及国内外研究现状，并提出了我国现阶段应用和发展电子标签的基本对策。
1 电子标签技术和国内外研究现状经研究发现，目前对电子标签的研究主要集中在以下6个方面。
1.1 芯片技术
芯片技术它是RFID技术中的一项核心技术，一个标签芯片为一个系统，集成除标签天线及匹配线以外的所有电路包括射频前端、模拟前端、数字基带以及存储器单元等模块。对芯片最基本的要求是轻、薄、小、低、廉。
RFID芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功耗更低，作用距离更远，读写速度更快，可靠性更高，而且成本不断的降低。除了增加标签的存储容量以携带更多的信息、缩小标签的体积来降低成本、提高标签的灵敏度来增加读取距离之外 ，当下研究的热点还包括：超低功耗电路;安全与隐私技术，密码功能及实现;低成本芯片设计和制造技术;新型存储技术;防冲突算法和实现技术;和传感器的集成技术和应用系统紧密结合的整体解决方案。
1.2 天线设计技术
RFID标签在天线设计中，小型化的问题一直倍受关注着。为扩展应用范围，小型化后的天线带宽与增益特性以及交叉极化特性也是重要的研究方向。 目前RFID标签依然使用片外独立天线，它优点是天线Q值很高、易于制造、成本适中，但是体积较大、易折断，不可胜任防伪或者以生物标签形式植入动物体内等任务。如果能将天线集成在标签芯片上，不需要任何外部器件即可进行工作，可以使整个标签的体积减小，并且简化了标签制作流程，降低了成本，这样就引发了片上天线技术的研究。另外，标签天线目前研究的重点还包括，天线匹配技术、结构优化技术、覆盖很多种频段的宽带天线设计、多标签天线的优化分布技术、抗金属设计技术、一致性和抗干扰技术等。
1.3 封装技术
电子标签的封装主要包括芯片装配、天线制作等主要环节。随着新封装技术的发展，在标签封装技术上相继出现了新的加工工艺，如倒装芯片凸点生成(Bunping)、天线印刷等。和传统的线连接或者载带连接相比，倒装芯片技术的优点是封装密度比较高、还具有良好的电和热性能、可靠性好、成本低。使用导电油墨印刷标签天线代替了传统的腐蚀法制作标签天线，大大的降低了电子标签的制作成本。除此之外，标签封装技术的研究热点还包括了低温热压的封装工艺、精密的机构设计优化、多物理量的检测和控制、高精高速的运动控制、在线检测技术等。
1.4 标签应用技术
基于RFID标签对物体标识有唯一的特性，引起了对各种功能标签的研究热潮。除了传统意义上的物品识别以为、追踪和监控之外，研究热点还包括了交互式智能标签、空间定位与跟踪、普适计算、移动支付、物品防伪等。
(1)交互式智能标签。交互式智能标签的结构依然是由单芯片无线微功率收发机与单片机组成。在单片机中先写入各种所需的应用程序，必要的时候通过无线指令来调用这些程序，使标签的执行包括识别、定位、数据采集等物联网应用所要需的各种工作。 标签平常的时候并不会向外发射任何信号，而是根据需要每隔一定的时间，周期性的在监听频道上接收并记录协调器以及广播方式发来的信号，只有在收到唤醒指令后才可以跳转到读写器工作频道，接收来自与协调器的指令，并且根据指令按照预先写入的程序方式进入和读写器进行信息交流的状态，会在规定的时间内完成指定的工作任务，再回到监听跟睡眠状态。可见，这个技术的核心是通过快速过滤无效的信号，从而实现了标签的超低功耗无线远距离传输，它的代价是需要额外使用一个协调器得。因为交互式智能标签解决了物联网应用中的低成本、低功耗与无线远距离传输等关键的问题，所以拓展了电子标签的应用范畴，可以广泛的应用于城市智能交通的系统、城市基本数据采集系统是需要远距离识别、定位或者数据采集的领域。
(2)实时定位和跟踪标签。现在有的定位系统主要包括卫星定位系统、红外线或超声波定位系统以及基于移动网络的定位系统，但受定位时间、定位精度以及环境条件等限制，目前还未出现一种定位技术能够较为完善地解决诸如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、地下矿井等室内复杂的环境中设施和物品的位置信息问题。 RFID技术为空间定位和跟踪服务提供了新的解决方案，特别适用于卫星定位系统难以应对的室内定位。它主要利用标签对物体的唯一标识特性，根据读写器和安装在物体上的标签之间射频通信的信号强度来测量物品的空间位置。
(3)普适计算标签。通过跟传感器技术相结合，RFID标签还能感知物联网节点处物品或者环境的温度、湿度以及光照等状态信息，并且利用无线通信技术将这些信息和变化传递到计算单元，提高了环境对计算模块的可见度。
(4)移动支付标签。RFID移动支付通过在手机终端和POS终端间采用短程通信方式来进行交易的，既能采用手机话费支付交易金额，又可采用SIM卡绑定银行账户由银行处理交易。RFID移动支付是RFID产业与电信业相互融合的产物，目前现现阶段主要有Felica、NFC、DISIM跟RF-SIM 4种应用方式。 其中RF-SIM是一种基于SIM卡的中近距离无线通信技术，是将RF模块镶嵌在SIM卡内，SIM卡用是正常的手机移动通信、鉴权，和手机建立的物理连接。RF-SIM卡支持市面上的任何手机，它是一个可代替钱包、钥匙和身份证的全方位的服务平台。
(5)防伪标签。传统防伪技术比如物理防伪、生物防伪、结构防伪、条码跟数码防伪等由于不具备唯一性和独占性，易复制，根本不能起到真正的防伪作用。RFID技术防伪是具有绝对性的优势，因为每个标签都是有一个全球唯一的ID号，无法修改和仿造。此外，RFID防伪技术有无物理磨损、读写器物理接口的安全性高、标签数据可加密、读写器跟标签之间相互认证等特点，因此基本上是无法完全仿制，从而起到了杜绝伪造的功效。目前，RFID防伪，在证件管理、门票管理、电子车牌、酒类防伪、艺术珍品防伪等领域都已逐步得到应用，且呈扩大趋势。
1.5 标准问题研究
当前，国际上和电子标签相关的通信标准主要有：(1)EPC标准、(2)DSRC标准。(3)UID标准。除此之外，还有很多国家和机构均在积极制订与RFID相关的区域、同家或者产业联盟标准，并且希望通过不同渠道提升为同际标准。各标准体系均按照工作频率划分为很多个部分，它们之间并不是兼容主要差别在于通信的方式、防冲突协议与数据格式三个方面。2008年1月，欧盟FP7项目组出资赞助举办了全球RFID通用性标准论坛(GRIFS)，通过加强协作使RFID标准在全球取得了最大程度的一致。 随着RFID技术一直不断的发展，电子标签的各种标准已经出现了融合的趋势，如用于高频13.56 MHz的ISO/IFC15693标准已经成为ISO18000-3标准的一部分，EPC GEN2标准早已经成为ISO18000-6C标准。就目前而言，美国、欧盟和其他国家分别采用各自不同的标准，由于利益很难协调，标准的统一尽管很迫切，但过程依然较为漫长。
1.6 安全隐私方面的问题研究
研究和采用的安全性机制主要是有物理方法、密码机制和二者的结合。物理方法通常是使用在低成本标签中的，通过静电屏蔽或者是主动干扰实现对标签信息的保护。和基于物理方法的硬件安全机制相比较，密码技术的软件安全机制则受到了更多青睐，它主要利用各种成熟的密码方案与机制来设计符合RFID安全需求的密码协议。
2 电子标签的发展趋势跟对策
电子标签的应用与发展是建立在RFID产业链发展的基础之上的，每一个环节的落后都将影响整个产业发展。我国目前在RFID领域研发时间上落后于欧美韩日等同，在UHF跟微波频段上还缺少完整的产业链，目前在国内RFID已有的技术和市场基础上发展中国的电子标签，这就必须瞄准整个RFID产业链，并且制定具体的措施和策略。
(1)加大研发力度，寻求技术突破。电子标签目前还存在着较多缺陷，由于天线具有方向性使得单标签读出了可靠性偏低容易产生漏读、射频识别信号容易受到金属和水等导电物质影响造成识别距离下降、RFID系统和频段接近的其它无线通信系统同时工作时可能会产生电磁干扰影响彼此的性能、大量的RFID标签放置在一起时标签天线产生阵列效应可能表现出与单个标签天线不同的特性等，都会对电子标签的发展构成挑战。
(2)尽快的制定电子标签相关标准。
(3)找到相应用的突破口，提升行业的应用规模。由企业甚至停留在表层的，业务流程简单，逻辑单一，缺少了后端系统的集成，没有真正发挥出电子标签在供应链管理及企业信息化建设中的作用。因此，如何整合RFID与企业现有的信息系统如ERP、SCM、MIS等，对业务的流程进行创新，充分地发挥电子标签的优势，大幅度提升了行业应用的规模，从而形成了完整的产业链，是日前急需解决的问题。
(4)加强技术融合，实现跨区域、跨行业应用。随着RFID的发展不断的拓展，近年来在世博会上的门票管理、智能交通、物流、食品安全、商品防伪、电力等领域都得到新的应用。中国RFID产业已经从政府需求转向市场需求。在RFID的发展过程当中，既可看到RFID产业的发展潜力，又可看到在这个发展过程中出现的问题，要用更加科学的方法来不断深化RFID的应用，推动了围内RFID产业发展。
3 结束语
文章中描述了RFID基本的功能、优点和发展趋势。并且介绍了电子标签的关键技术，和对国内外所出现的标准问题和安全隐私问题进行了分析和研究。最后就国内现阶段的电子标签应用和发展，提出了基本政策跟发展趋势。这对RFID发展起到了很关键性的作用。
